Rádiós helymeghatározási technológiák

A tantárgy angol neve: Radio-based Localization Technologies

Adatlap utolsó módosítása: 2023. április 13.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

M.Sc. képzés

Villamosmérnöki szak

Vezetéknélküli kommunikációs rendszerek és

Intelligens hálózatok szakirány

Kötelezően választható (C típusú) tárgy 
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VITMMB07   2/1/0/v 5  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Lukovszki Csaba,
4. A tantárgy előadója

Lukovszki Csaba, mesteroktató, TMIT 

Hollósi Gergely László, tudományos segédmunkatárs, TMIT 

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

A törzsoktatásban tanított tantárgyak. 

Rádióhullámok és terjedésük alapvető tulajdonságai. 

6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
NEM
(TárgyEredmény( "BMEVITMMA07", "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény("BMEVITMMA07", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

7. A tantárgy célkitűzése

Az ipari gyártástechnológia, a közlekedés és természetesen a végfelhasználói szolgáltatások digitalizációjának rohamos fejlődésével egyre inkább terjednek azok a technológiai megoldások, amelyek lehetővé teszik eszközök, járművek, személyek helyének és akár helyzetének egyre pontosabb meghatározását. 

 

A tantárgy célja, hogy áttekintse a helymeghatározás megvalósításához szükséges elméleti, rádiós terjedési, irányszög és távolság becslési alapokat, ezek matematikai hátterét, azokat a technológiákat, melyek segítségével a helymeghatározás problémaköre a gyakorlatban is megvalósítható. Ennek kapcsán részletesen bemutatásra kerülnek a beltéri, illetve lokális környezetben használható rádiós technológiák és azokon alkalmazható helymeghatározási módszerek. A technológiák megismerésével a hallgató mélyebb és a mérnöki gyakorlatban is felhasználható tudást szerezhet a rádiós technológiák működéséről, használatáról. Az előadások során bemutatásra kerülnek a mobil hálózatokban alkalmazott és alkalmazható megoldások, valamint a globális helymeghatározás során használt módszerek is.  

 

A tárgy elméleti előadásait, az elméleti órákhoz szorosan kapcsolódó gyakorlatok egészítik ki. A gyakorlatok tematikája egyrészt segíti az elméleti anyag hatékonyabb megértését, valamint bemutatja az elméletben megszerzett tudáselemek gyakorlati felhasználásának lehetőségeit is.

8. A tantárgy részletes tematikája

Előadások tematikája

 

I. Bevezetés (1-2. hét) (2 előadás, 1 gyakorlat):  

  • A motivációs környezet és a helymeghatározással kapcsolatos technológiai, módszertani fejlődés bemutatása. A helymeghatározással kapcsolatos alapvető fogalmak (módszer, technológia, architektúra) definiálása, egyes jellemző követelmények meghatározása. 

  • Alapvető helymeghatározási esettanulmány, mely során bemutatásra kerülnek a legalapvetőbb problémák, fogalmak. Ezen problémák mentén tematikusan meghatározásra kerülnek azok az elemi feladatok, melyeket a helymeghatározás során meg kell oldani. Az esettanulmányban definiált struktúrára támaszkodunk a félév során.


II. Helymeghatározás alapjai (3-4. hét) (2 előadás, 1 gyakorlat):  

  • A helymeghatározás alapvető matematikai elemei; a tér, a hely, és a helyzet leírása, modellezése 

  • Térgeometria, koordináta rendszerek (ECEF, ECI, lokális) 

  • Helymeghatározási módszerek bemutatása, formalizálása; távolság, távolságkülönbség, beérkezési szög, differenciális, odometria alapú helymeghatározási módszerek 

  • Hely származtatása mérésekből, alapvető minimalizációs és becslési módszerek 

  • Bayes-szűrők, Kalman-szűrők, részecskeszűrők áttekintése, alapvető alkalmazása helybecslési feladatok megvalósítására


III. Rádiós terjedés alapjai (5-6. hét) (2 előadás, 1 gyakorlat) 

  • LOS - egyutas terjedés leírása, fazor, rádió link teljesítmény viszonyai, műholdas kommunikációs példa 

  • NLOS - többutas terjedés leírása, ennek hatásai, alapvető fading jelenségek 

  • Távolságbecslési és közelségérzékelési módszerek rádiós RSSI alapján 

  • Helybecslés beérkezési irányszög alapján (DOA); Antenna rendszerek és rádiós beérkezési irány becslési eljárások 

  • Helybecslés beérkezési idő alapján; TOA és TDOA alapú helybecslés alapjai


IV. Helymeghatározás lokális környezetben (7-10.hét) (4 előadás, 2 gyakorlat):  

  • Helymeghatározás RSSI alapon Bluetooth technológia segítségével; technológia és módszer bemutatása 

  • Iránymeghatározás a Bluetooth 5.1 szabványban; technológia és módszer bemutatása 

  • UWB helymeghatározás beérkezési idő és időkülönbség (TOA és TDOA) segítségével 

  • WiFi helymeghatározás beérkezési iránymeghatározás segítségével és RSSI alapon


V. Helymeghatározás városi környezetben (11-12. hét) (2 előadás, 1 gyakorlat):  

  • A mobil hálózatok és technológiák helymeghatározási képességeinek, az alkalmazott módszerek megismerése. 

  • LTE és 5G hálózatok helymeghatározási lehetőségei (felhasználási esetek, LPP, NG-RAN, LRF, NR PRS, U-TDOA)

 
Gyakorlatok tematikája
 

I. WiFi-alapú helymeghatározás (2. hét) 

II. Térgeometria, optimalizáció, hely származtatása mérésekből (4. hét) 

III. BPSK jelterjedés a gyakorlatban, DSSS szinkronizáció az idő bélyegzésben (6. hét) 

IV. Helymeghatározás UWB idő beérkezés alapján (8. hét) 
IV. Iránymeghatározás WiFi, Bluetooth technológia segítségével (10. hét) 

V. Helymeghatározás mobilhálózatok segítségével (12. hét) 

VI. GPS alapú helymeghatározás (14. hét) 

 

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

A tantárgy az előadásokon áttekintett elméleti megoldásokra támaszkodik. Az előadások alkalmával áttekintésre kerülnek a helymeghatározás problémakörét támadó matematikai és térgeometriai elemek, a lokális, beltéri, valamint a mobil és globális helymeghatározás során alkalmazott technológiák és helymeghatározási módszerek. 

 

Az elméleti előadásokat gyakorlatok egészítik ki. A gyakorlatok alkalmával egy-egy kiválasztott helymeghatározási módszert részletes működését tekinthetik át a hallgatók az előadó iránymutatásának segítségével. A gyakorlatok alkalmával a következő téma területekkel ismerkedhet meg a hallgató. 

 

Az elméleti és gyakorlati foglalkozások lehetővé teszik nemcsak a helymeghatározás alapos és tematikus megértését, de az egyes technológiák, mint WiFi, UWB, 5G, GPS, GNSS működésének mélyebb megértését is maguk után vonják. 

10. Követelmények

Szorgalmi időszakban:

Az aláírás megszerzésének és a vizsgára bocsátás feltétele a nagyzárthelyi, vagy pótlásának elégségesre történő megírása. A nagyzárthelyi anyaga a félév tananyagának legfeljebb 50%-át fedi le. 

Vizsgaidőszakban:

Írásbeli, és/vagy szóbeli vizsga. Az írásbeli vizsgát szóbeli vizsga egészítheti ki kétes, kétesélyes írásbeli eredmény esetében. A kredit megszerzésének feltétele legalább elégséges érdemjegy megszerzése a vizsgán.  

11. Pótlási lehetőségek Egy sikertelen zárthelyi a szorgalmi időszakban a pót zárthelyin pótolható. A sikertelen (pót) zárthelyi a pótlási héten különeljárási díj ellenében egy további alkalommal pótolható.
12. Konzultációs lehetőségek Előadóval történő előzetes egyeztetés alapján. 
14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra42
Félévközi készülés órákra14
Felkészülés zárthelyire24
Házi feladat elkészítése
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása20
Vizsgafelkészülés50
Összesen150
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Lukovszki Csaba, mesteroktató, TMIT 

Hollósi Gergely László, tudományos segédmunkatárs, TMIT